建設コンサルタンツ協会ホームProject Brief

プロジェクト紹介

協会誌トップページ

218号目次Characteristics of a rigid-frame givder bridge Structure for vibration and seismic action

4

鋼製連続ラーメン橋の振動特性と耐震性能
渡辺貞之
W A T A N A B E

S a d a y u k i

株式会社東光コンサツタンツ/本社営業部/技術第二部/課長■図 2 − 10 号橋概要図■図 1 −橋梁位置図

阪神大震災後に行われてきた橋その値を用いた設計が行なわれて有振動数と減衰を測り、構造のモ梁の耐震補強は、多くの実験等の研いる。一方、下端ピン構造のラーメデル化と解析法の妥当性を検証し、究結果を基に設計手法および解析

ン橋脚はそのデータが少ないようでそれを基に耐震照査を行ったもの

技術が確立され、コンクリート構造物、ある。

である。

鋼製構造物ともに多くの補強工事が完了している。

そこで成田空港の下端ピン構造
連続ラーメン橋の耐震補強設計を行

1 ――計測した橋梁の概要

鋼製のラーメン橋およびラーメンうにあたり、橋梁の耐震性能の重要計測対象とした橋梁は、平成 3 年

橋脚について着目すると、下端剛結な要因となる振動特性を正しく把握に完成した成田空港第 2 ターミナル構造のラーメン橋脚は耐震実験、耐することを目的として、常時微動計ビルに連絡する鋼 5 径間連続ラーメ

震性能照査等が精力的に行なわれ、測手法による結果を用いて設計をン橋（A橋、P1 〜 P6 橋脚）と鋼 6径間で、中央部 P6 橋脚で B 橋が A 橋にる。常時微動系は、その微動を加計測は空港業務終了後の 23 時半データもかなり蓄積されているため行った。この手法は、当該橋梁の固連続ラーメン橋（B橋、P6〜 P12橋脚）

ゲルバ ー 構 造 で 連 結 されて いる。

速度センサーでひろい記録するものから翌朝の 7 時まで行った。気象は橋長は A 橋 210.4m、B 橋 249.5m、支である。

気温 26 度、風速約 1m/s、曇で、計測■図 3 −形状寸法図

間長は 5＠41.67m と 40.02m+3

構造物が振動するとその形状、剛＠41.67m+2＠41.50m、幅員 36.75m。

性、境界条件等の違いによって固有上部工は RC 床版とした 6 箱桁構造。の振動数を示すため、それを計測

橋脚は高さ 9m の下端ピン構造で矩することで逆に構造特性や解析モデ

形変断面の鋼製門型ラーメン橋脚でルの有効性を照査することができる。

ある。主桁と橋脚横梁は、剛結され計測地点は、A 橋P3 橋脚上とB橋た構造となっている。基礎部は片方P9 橋脚上で行った。計測項目は、計が杭基礎、他方が鉄道の地下駅舎に測地点にお載っている構造である。ピボット支ける 水 平 2

承 か ら 上 の 橋 梁 重 量 は 、A 橋 が軸（ 橋 軸 方

12,500tf（ 1.25 × 105kN）、B 橋が向 、橋 軸 直13,600tf（1.36×105kN）で、非常に重角 方 向 ）のくトップヘビーの構造となっている。

加 速 度 とし

時間は 1 ヶ所につき20 分間とし、加■図 4 −計測フローた。P3 橋脚
2 ――常時微動計測
通常、橋に限らず地上の構造物は、■写真 1 −成田空港 10 号橋

Engineering Consultant
0 5 4 Civil
VOL.218 January 2003

では桁の上下振動を確

車の走行時振動、工場の機械や建認するため、設現場等の振動が地盤を伝わり、そ鉛 直 方 向もの影響を受けて微小な振動をしてい測定した。

■写真 2 −計測機器

Civil Engineering Consultant
VOL.218 January 2003055

■図 5 −常時微動加速度波形

解析データ個数 8192 個、デー

直接使用し、鋼部材（箱断面主桁、タウィンド Hanning、スペクトル

縦桁、横桁、橋脚横梁、幅が変化す

ウィンド Hamming 10 回とした。

る柱）の断面を各々 16 分割して積分

なお、A/D 変換時 DC 成分を除するファイバーモデルで約 2,500 接点去するため 0.1Hz でハイパスフのモデルとした。

ィルタ処理を施した。

固有値解析条件は、橋脚下端が計測結果として、常時微動加ピン構造であるが、常時微動計測で速度波形をスペクトル解析した結果

は振動振幅が微小であり橋の重量を図 5 と図 6 に示す。また減衰定数が非常に重いため、ピボット支承のを、ハーフパワー法によって求めた球面状の変形や摩擦抵抗により自由結果を図7および表 1に示す。に回転しない場合も考えられる。そ■図 6 −パワースペクトル

固有振動数は、A 橋、B 橋ともにのため完全固定条件の固有振動数

橋 軸 方 向 、直 角 方 向 の 差 が なくも求めた。その結果を表 2に示す。

1.6Hz 〜 1.7Hz の値を示した。減衰モード解析は、A 橋、B 橋ともに橋定数は、0.5 ％〜 1.0 ％程度を得た。

軸方向と橋軸直角方向の卓越モード

一般に常時微動計測結果から求めを図 8 に示す。橋脚下端の支持条件た減衰定数は小さめで、強制振動時は、完全固定（剛結モデル）と単純速度計からアンプを介し、データレや地震時では大きくなると言われてコーダ、アナログデータとして記録しいる。一方、道路橋示方書 V 耐震設た。またスペクトルアナライザとペン計編では、鋼構造では 1%で設計し書きオシログラフを使用して、固有てよいとなっており、その点、計測値振動数と波形のモニターを行った。

は妥当である。

■図 7 −ハーフパワー法

常時微動計測で得られた加速度波
形データは FFT 法によってスペクト3 ――固有値解析■図 8 −固有振動モードの比較（単純支持＝ピン構造、完全固定＝剛結構造）

5 ――耐震性能照査

ップヘビーの構造であるため、地震承が常時微動状態では回転を起こ力が働くとアップリフトが大きくなるさないと仮定すると計測値と解析値次のとおりとした。

危険性があり、支承の補強が必要でが一致する。したがって、ピン構造支持（ピンモデル）で行っており、そ①照査対象となる橋梁が、地震力にある。の特性を確認するまで至っていないの違いがモード図から確認できる。

対して保有している静的および動橋梁の耐震性能の照査方針は、部分が有る。

的な特性を把握し、それが既設の6 ――まとめ状態で耐えうる限界の地震力と、①対象橋梁は自重 2 万トン以上の巨造の連続ラーメン橋でピボット支承解析値と計測値を比較すると、計大規模地震時に部材耐力の不足に大構造物であり、常時揺れ難いたの構造特性を確認するために、起振測値は支承完全固定の条件とほぼより破壊する位置を明らかにする。

め振動は微小であった。

装置を用いた振動実験が有効であ一致した。この結果から対象となっ②橋梁が全体構造系として大規模地②微小振動の場合は下端ピン構造ると思われる。それによって、橋の4 ――計測値と解析値の比較

本プロジェクトでは、下端ピン構

ル解析を行った。スペクトル計算の構造のモデル化は、上部工、下部た橋梁は自重が重く、常時微動では震に対して、安全性を確保できるの回転がほぼゼロ。また減衰値

耐震補強後における耐震性能の改条件は、サンプリング周期を0.05sec、工ともに材料の応力-ひずみ関係をピボット支承の回転が起こっていな

ような補強方法、構造形の剛性向は振幅依存性が大きく、摩擦等の善効果を確認することができるのでい状態であると考えられる。

上、支点条件の変更（ 水 平 力 分エネルギー消費が小さい。

はないかと考えている。

■表1―実測した固有振動数と減衰定数

計測位置

固有振動数(Hz)

減衰定数(%)

振動が大きくなると橋脚下端のピ散・免震）等の対策を検討する。

③下端ピン構造の回転がないためまた、コンサルタントとしての設計ボット支承が回転を起こし、ピンモ③地下構造物、近接構造物等への下端固定構造の周期に近いが、業務において、実験的検証による

P3橋脚上部（A橋）

橋軸直角方向

1.616

0.54

橋軸方向

1.6650.52

デルでの解析結果に近くなると予想影響を考察する。

振動が大きくなるとピンモデルに手法を用いることで、設計精度の向P9橋脚上部（B橋）

橋軸直角方向

1.675

0.82

されるが、今回の計測では確認され耐震性能照査は、常時微動計測近くなると思われる。

上、信頼性の確保、そして設計の多橋軸方向

1.672

0.97

なかった。この事象を確認するためによってモデル化の妥当性を確認し実測値は隣接したアプローチ橋様化を図ることが可能であると思わには、起振装置を用いた振動実験た構造モデルを使用して、静的解析と、A 橋と B 橋のゲルバーヒンジ連が有効であると思われる。

（プッシュオーバー解析）と動的解析

結等の拘束効果により、橋軸方向、（非線形時刻歴応答解析）によって判橋軸直角方向ともに解析モデルの振定している。

動数よりも大きめの測定値であった。

■表2―支承条件の違いによる固有振動数の解析値

固有振動数(Hz)

解析値

AB

支承ピン構造支承完全固定橋軸直角方向

1.095

1.578

また、大規模地震を対象とするよ

橋軸方向

0.962

1.612

うな場合は、ピボット支承の特性が鉛直方向
橋軸直角方向

1.697

1.754

1.079

1.502

橋軸方向

0.947

鉛直方向

1.658

橋

橋

Engineering Consultant
0 5 6 Civil
VOL.218 January 2003

発揮されると考えられるため、ピン照査結果は、巨大地震に対して柱1.594構造として検討することが妥当であ

梁結合部の隅角部が弾塑性座屈現

1.697

ると判断した。

象をおこす危険性がある。また、トれる。
（協力：新東京国際空港公団 天田氏、勝尾氏）

7 ――今後の目標
現段階では、柱下端のピボット支
Civil Engineering Consultant
VOL.218 January 2003

057